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石油、石化和天然气工业金属材料在腐蚀性石油精炼环境中抗硫化物应力开裂标准发展报告

EnglishTitle:DevelopmentReportonStandardizationofMetallicMaterialsResistancetoSulfideStressCrackinginCorrosivePetroleumRefiningEnvironmentsforPetroleum,PetrochemicalandNaturalGasIndustries

摘要

随着全球能源需求的持续增长，石油精炼工业面临日益严峻的腐蚀环境挑战。在含硫化氢（H?S）的湿气环境中，金属材料易发生硫化物应力开裂（SSC），导致设备失效和安全事故。本报告系统分析了《石油、石化和天然气工业金属材料在腐蚀性石油精炼环境中抗硫化物应力开裂》国家标准的制定背景、技术内容及实施意义。研究显示，该标准填补了我国炼油行业在酸性环境下材料选型标准的空白，明确了压力容器、管道系统、转动设备等关键设备的材料技术要求。通过建立系统的硬度控制、材料认证、工艺评估等核心技术体系，为炼化企业设备全生命周期管理提供了技术依据。实施该标准将显著提升我国炼油装置在含硫工况下的运行安全性和经济性，对推动行业标准化建设具有重要战略意义。

关键词

硫化物应力开裂；石油精炼；金属材料；酸性环境；材料选择；标准化；腐蚀防护

Keywords:SulfideStressCracking;PetroleumRefining;MetallicMaterials;SourEnvironment;MaterialSelection;Standardization;CorrosionProtection

正文

1标准制定的目的与意义

在石油精炼工业中，硫化氢（H?S）湿气开裂是一个涵盖多种失效机理的专业术语，特指在含H?S湿气的精炼环境或天然气处理环境中，因氢原子渗入金属材料而引发的硫化物应力开裂（SSC）现象。这种开裂机制具有突发性和灾难性特征，已成为影响炼化装置长周期安全运行的关键风险因素。

长期以来，国内外炼油行业在应对SSC问题时，普遍借鉴美国石油学会（API）推荐的NACEMR0175/ISO15156标准作为材料选择依据。该标准被广泛应用于转动设备、阀门等关键设备的材料规范制定。然而，需要明确指出的是，NACEMR0175/ISO15156标准最初是针对油气开采行业的技术特点而开发的，其适用范围、环境参数和材料评价方法均与炼油工艺环境存在显著差异。根据国际腐蚀工程师协会（NACE）的技术公告，炼油环境中的H?S分压、温度波动、介质组成等参数与上游开采环境具有本质区别，直接套用开采行业标准可能导致材料选择不当或过度保守。

这种标准适用性错位已在我国炼油行业造成实际困扰。据2022年中国石化设备管理协会统计，在加工高硫原油的炼厂中，因SSC导致的设备失效事故中约34%与材料标准适用性直接相关。因此，制定专门适用于炼厂酸性环境的金属材料抗SSC国家标准具有紧迫性和必要性。该标准的建立将为我国炼油企业在酸性环境下压力容器、热交换炉、管道系统、阀体、泵和压缩机等关键设备的材料选择提供科学依据，有效支撑炼化企业实现安全稳定长周期运行目标。

2标准范围与主要技术内容

2.1标准范围界定

本标准明确规定其适用于酸性石油精炼环境及含H?S气体或H?S溶解于水相介质（无论是否含烃类）的相关处理环境。标准的技术要求专门针对预防精炼工业设备（包括但不限于压力容器、热交换炉、管道系统、阀体、泵和压缩机箱）及其部件发生硫化物应力开裂。根据我国炼油工艺特点，标准将环境严酷度分为三个等级，分别对应不同的H?S分压阈值和介质条件，确保标准适用的精准性。

2.2核心技术体系

标准构建了完整的技术框架，主要包括以下核心内容：

促使SSC发生的环境因素分析：系统阐述H?S浓度、pH值、温度、氯离子含量等关键参数对SSC敏感性的影响机制，建立环境严酷度评价模型。

材料技术规范：

-建立涵盖碳钢、低合金钢、奥氏体不锈钢、双相不锈钢、镍基合金等五大类材料的准入清单

-规定不同材料在酸性环境中的最大硬度限值，其中碳钢组件焊缝热影响区硬度控制在248HBW以下

-制定新材料、新工艺的认证程序，包括实验室测试、现场验证和专家评审三个环节

特殊部件技术要求：

-针对阀门和压缩机等转动设备，规定轴类部件表面硬化处理深度与硬度梯度控制要求

-明确栓接材料的应力腐蚀门槛值测试方法

-规范镀层、喷涂和扩散工艺的质量验收标准

工程应用指南：

-提供标准应用路线图，指导设计单位、制造企业和用户按流程执行标准要求

-建立特殊工况下材料豁免申请机制，确保